(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料電池の異常状態をより高精度に検出する燃料電池異常検出システムおよび燃料電池異常検出方法の提供。【解決手段】燃料電池異常検出システム１００は、燃料電池２００とそれ以外の燃料電池２００の異常判定システムとから構成される。埋め込み電極体４０ａ，ｂは燃料電池２００内の局部的な発電不平衡状態に基づく燃料電池内２００内の面内電流の大きさを測定する。この面内電流の大きさを電位差計５０ａ，ｂで測定する。電位差計５０ａ，ｂは電気通信線を介してコンピュータ６０へ接続され、電位差計５０ａ，ｂで測定された電極電位データが送られる。コンピュータ６０は測定された面内電流に基づく電極電位データに基づき、燃料電池セルの状態に異常がないかを判断し、異常があれば燃料電池が異常であると判定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極側拡散層と負極側拡散層の拡散層により電解質層が挟持され、これら拡散層が正極側セパレータと負極側セパレータのセパレータにより挟持されている燃料電池と、
前記電解質層と前記セパレータとの間に設けられ、燃料電池内の局部的な発電不平衡状態に基づく前記燃料電池内の面内電流の大きさを測定する面内電流測定電極と、
この測定される面内電流の大きさに基づいて、前記燃料電池の異常を検出する異常検出手段とを有する燃料電池異常検出システム。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池異常検出システムであって、
前記面内電流測定電極は、前記面内電流と面内内部抵抗に基づく電位降下分を前記面内電流の大きさとして測定する燃料電池異常検出システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の燃料電池異常検出システムであって、
前記面内電流測定電極は、前記拡散層と前記電解質層との間に設けられている燃料電池異常検出システム。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１つに記載の燃料電池異常検出システムであって、
前記面内電流測定電極は、前記電解質層よりも負極側セパレータ側に設けられている燃料電池異常検出システム。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１つに記載の燃料電池異常検出システムであって、
前記異常検出手段について、
前記面内電流の大きさを計測する計測手段と、
この計測された面内電流の大きさと予め記憶されてある所定のしきい値とを比較する比較手段と、
この比較に基づいて前記燃料電池が異常であるかどうか判定する判定手段とを有する燃料電池異常検出システム。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１つに記載の燃料電池異常検出システムであって、
前記異常検出手段について、
前記燃料電池の発電電流を遮断し、発電電流遮断後の前記面内電流の大きさを計測する計測手段と、
この計測された面内電流の大きさと予め記憶されてある所定のしきい値とを比較する比較手段と、
この比較に基づいて前記燃料電池が異常であるかどうか判定する判定手段とを有する燃料電池異常検出システム。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１つに記載の燃料電池異常検出システムであって、
前記異常が検出された燃料電池を異常から回復させる異常回復手段を有する燃料電池異常検出システム。
【請求項８】
正極側拡散層と負極側拡散層の拡散層により電解質層が挟持され、これら拡散層が正極側セパレータと負極側セパレータのセパレータにより挟持されている燃料電池の前記電解質層と前記セパレータとの間の燃料電池内の局部的な発電不平衡状態に基づく前記燃料電池内の面内電流の大きさを測定し、
この測定される面内電流の大きさに基づいて、前記燃料電池の異常を検出する燃料電池異常検出方法。
【請求項９】
請求項８に記載の燃料電池異常検出方法であって、
前記面内電流と面内内部抵抗に基づく電位降下分を前記面内電流の大きさとして測定する燃料電池異常検出方法。
【請求項１０】
請求項８または９に記載の燃料電池異常検出方法であって、
前記面内電流の大きさは前記拡散層と前記電解質層との間を流れる前記面内電流の大きさである燃料電池異常検出方法。
【請求項１１】
請求項８から１０のいずれか１つに記載の燃料電池異常検出方法であって、
前記電解質層よりも負極側セパレータ側の前記面内電流の大きさを測定する燃料電池異常検出方法。
【請求項１２】
請求項８から１１のいずれか１つに記載の燃料電池異常検出方法であって、
前記異常検出について、
前記面内電流の大きさを計測し、
この計測された面内電流の大きさと予め記憶されてある所定のしきい値とを比較し、
この比較に基づいて前記燃料電池が異常であるかどうか判定する燃料電池異常検出方法。
【請求項１３】
請求項８から１２のいずれか１つに記載の燃料電池異常検出方法であって、
前記異常検出について、
前記燃料電池の発電電流を遮断し、発電電流遮断後の前記面内電流の大きさを計測し、
この計測された面内電流の大きさと予め記憶されてある所定のしきい値とを比較し、
この比較に基づいて前記燃料電池が異常であるかどうか判定する燃料電池異常検出方法。
【請求項１４】
請求項８から１３のいずれか１つに記載の燃料電池異常検出方法であって、
前記異常が検出された燃料電池を異常から回復させる燃料電池異常検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池異常検出システムおよび燃料電池異常検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、固体高分子膜等の電解質層とこれを挟持するカーボンクロスやカーボンペーパ等の拡散層からなる膜−電極接合体（ＭＥＡ）、膜−電極接合体を挟持するセパレータとからなる燃料電池セルを複数個組み合わせた燃料電池スタックとして構成されているのが一般的である。燃料電池スタックにアノードガスとしての水素ガスを供給すると共に、カソードガスとしての空気もしくは酸素ガスを供給し、各燃料電池セルで水素ガスと酸素ガスとを反応させることで発電させる。
【０００３】
燃料電池の異常状態を検出する燃料電池異常検出システムが研究されている。燃料電池の異常状態としては様々なものがあるが、その１つとして発電によって発生する水によって起因するものがある。発電の際、燃料電池セルでは、水素ガスと酸素ガスとの化学反応により、水が生じる。燃料電池セル内に発生する水は、燃料電池セルの水詰まり（フラッディング）を生じさせ、燃料電池セルの機能低下を招いてしまう場合がある。したがって、このような水詰まり等の機能低下が生じたときには、燃料電池の発電を停止して、水の生成を抑制し、水詰まり箇所を乾燥させて水詰まりが解消させることや、供給ガスのガス圧や流量を増大させ、水詰まり箇所の供給ガスによる乾燥を促進させて水詰まりが解消させることなどが必要とされる。
【０００４】
燃料電池の機能低下を異常として検出する背景技術として、以下が知られている。下記特許文献１には、水詰まり等の燃料電池の運転状態の異常を全体の発電状態の異常から検出する燃料電池異常検出システムが開示されている。下記特許文献２には、電解質体を充填した電位プローブを用いて燃料電池におけるガス濃度を監視し、その異常を検出するリン酸型燃料電池異常検出システムが開示されている。下記特許文献３には、電位プローブにより電極電位の面内分布を測定し、運転状態を把握する燃料電池異常検出システムが開示されている。下記特許文献４には、燃料極面内の燃料ガス濃度および空気極面内の空気濃度の分布を測定して燃料電池の異常を検出する燃料電池異常検出システムが開示されている。空気流通溝、燃料ガス通流溝の二点に電位測定線を挿入し、空気流通溝と燃料ガス通流溝の間の電位差を求める燃料電池異常検出システムが開示されている。以上の特許文献１〜４に記載のように燃料電池の発電状態の異常を精度良く検出する様々な試みがなされている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１７８７８９号公報
【特許文献２】特開平１１−２６０３８８号公報
【特許文献３】特開平１０−２２８９５１号公報
【特許文献４】特開平８−２２２２６０号公報
【特許文献５】特開平８−３１５８４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載の燃料電池異常検出システムでは、燃料電池全体の発電状態を用いて燃料電池の異常状態を検出しているため、燃料電池のセルの面内において、局部的に発生した異常状態の検出を行うことが難しい場合がある。すなわち、局部的に発生した水詰まり等の局部的な異常状態が進行し、全体の発電状態に異常を生じてからでなければ、異常を検出することができない。このような場合、局部的な異常を検知して、異常回復のための早期対策をとることができない場合がある。
【０００７】
また、上記特許文献２および上記特許文献３に記載の燃料電池異常検出システムでは、電解質材を電位プローブ中に充填させたりしなければならず製造工程が複雑である。また、リン酸型燃料電池を想定しており燃料電池の種類（例えば固体高分子膜型燃料電池）によっては製造が容易でない場合がある。上記特許文献４および上記特許文献５に記載の燃料電池異常検出システムでは、少なくとも二箇所間の電位差を測定しなければならず、一箇所で計測することが出来ずに計測に要される電極数を多数要してしまう場合がある。したがって、以上特許文献１〜４に記載の燃料電池の異常検出システムでは部分的な異常を早期発見することが難しい場合や、異常検出システムが複雑化してしまう場合がある。
【０００８】
本発明は、上記課題等に鑑みてなされてなされたものであり、燃料電池の異常状態を精度良く検出する燃料電池異常検出システムおよび燃料電池異常検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の燃料電池異常検出システムは、正極側拡散層と負極側拡散層の拡散層により電解質層が挟持され、これら拡散層が正極側セパレータと負極側セパレータのセパレータにより挟持されている燃料電池と、前記電解質層と前記セパレータとの間に設けられ、燃料電池内の局部的な発電不平衡状態に基づく前記燃料電池セル内の面内電流の大きさを測定する面内電流測定電極と、この測定される面内電流の大きさに基づいて、前記燃料電池の異常を検出する異常検出手段とを有することを特徴とする。
【００１０】
本発明の好適な一態様において、前記面内電流測定電極は、前記面内電流と面内内部抵抗に基づく電位降下分を前記面内電流の大きさとして測定すると好適である。
【００１１】
本発明の好適な一態様において、前記面内電流測定電極は、前記拡散層と前記電解質層との間に設けられ、または前記拡散層中に埋め込まれていると好適である。
【００１２】
本発明の好適な一態様において、前記面内電流測定電極は、前記電解質層よりも負極側セパレータ側に設けられていると好適である。
【００１３】
本発明の好適な一態様において、前記異常検出手段について、前記面内電流の大きさを計測する計測手段と、この計測された面内電流の大きさと予め記憶されてある所定のしきい値とを比較する比較手段と、この比較に基づいて前記燃料電池が異常であるかどうか判定する判定手段とを有すると好適である。
【００１４】
本発明の好適な一態様において、前記異常検出手段について、前記燃料電池の発電電流を遮断し、発電電流遮断後の前記面内電流の大きさを計測する計測手段と、この計測された面内電流の大きさと予め記憶されてある所定のしきい値とを比較する比較手段と、この比較に基づいて前記燃料電池が異常であるかどうか判定する判定手段とを有すると好適である。
【００１５】
本発明の好適な一態様において、前記異常が検出された燃料電池を異常から回復させる異常回復手段を有すると好適である。
【００１６】
本発明の燃料電池異常検出方法は、正極側拡散層と負極側拡散層の拡散層により電解質層が挟持され、これら拡散層が正極側セパレータと負極側セパレータのセパレータにより挟持されている燃料電池の前記電解質層と前記セパレータとの間の燃料電池内の局部的な発電不平衡状態に基づく前記燃料電池セル内の面内電流の大きさを測定し、この測定される面内電流の大きさに基づいて、前記燃料電池の異常を検出することを特徴とする。
【００１７】
本発明の好適な一態様において、前記面内電流と面内内部抵抗に基づく電位降下分を前記面内電流の大きさとして測定すると好適である。
【００１８】
本発明の好適な一態様において、前記面内電流の大きさは前記拡散層と前記電解質層との間、または前記拡散層中を流れる前記面内電流の大きさであると好適である。
【００１９】
本発明の好適な一態様において、前記電解質層よりも負極側セパレータ側の前記面内電流の大きさを測定すると好適である。
【００２０】
本発明の好適な一態様において、前記異常検出について、前記面内電流の大きさを計測し、この計測された面内電流の大きさと予め記憶されてある所定のしきい値とを比較し、この比較に基づいて前記燃料電池が異常であるかどうか判定すると好適である。
【００２１】
本発明の好適な一態様において、前記異常検出について、前記燃料電池の発電電流を遮断し、発電電流遮断後の前記面内電流の大きさを計測し、この計測された面内電流の大きさと予め記憶されてある所定のしきい値とを比較し、この比較に基づいて前記燃料電池が異常であるかどうか判定すると好適である。
【００２２】
本発明の好適な一態様において、前記異常が検出された燃料電池の異常を回復させると好適である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、燃料電池の異常状態をより高精度に検出する燃料電池異常検出システムおよび燃料電池異常検出方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
【００２５】
図１には、本実施形態に係る燃料電池異常検出システム１００が開示されている。燃料電池異常検出システム１００は、燃料電池２００とそれ以外の燃料電池２００の異常判定システムとから構成される。
【００２６】
「燃料電池」
燃料電池２００は以下の構造を有している。白金触媒層がその表面に形成された固体高分子膜１０が負極（水素極）側拡散層２０ａおよび正極（空気極）側拡散層２０ｂの二つの拡散層に挟持されて膜−電極接合体を形成している。さらに、この膜−電極接合体は、負極側セパレータ３０ａおよび正極側セパレータ３０ｂの二つのセパレータ３０によって挟持されている。
【００２７】
燃料電池２００は、以下の発電原理で動作する。アノードガスとしての水素ガスが負極側セパレータ３０ａの水素ガス流路溝３２ａに供給され、カソードガスとしての空気（酸素ガス）が正極側セパレータ３０ｂの酸素ガス流路溝３２ｂ供給される。供給された水素ガスおよび酸素ガスはそれぞれ、負極側拡散層２０ａおよび正極側拡散層２０ｂのそれぞれの拡散層２０へと拡散する。負極側拡散層２０ａへと至った水素ガスは、さらに固体高分子電解質膜１０に塗布された触媒層と接触して、プロトンと電子の電荷に解離する。解離したプロトンは固体高分子膜１０を通過し、正極側へと移動し、正極側の酸素と反応して水を生成する。このように水素ガスと空気中の酸素ガスとを反応させ、水を生成することで発電させる。燃料電池２００の負極側セパレータ３０ａは、外部負荷（例えばモータ）１１０を介して正極側セパレータ３０ｂと電気的に接続され、燃料電池２００の発電電流は負荷１１０へと供給される回路を構成している。図４に示されるように燃料電池２００は、これを単一の燃料電池セルとして、複数の燃料電池セルがセパレータ３０を介して、直列接続されてセルモジュール、燃料電池スタックとして燃料電池の全体を構成するのが通常であるが、図１では説明の便宜上、一燃料電池セルを図示している。
【００２８】
本実施形態の燃料電池２００の特徴事項として、燃料電池２００は負極側セパレータ３０ａと電解質層１０との間であって、固体高分子膜１０と負極側拡散層２０ａとの間に燃料電池２００内の面内電流を測定する埋め込み電極体４０が埋め込まれている。埋め込み電極体４０は、二つの埋め込み電極体４０ａおよび埋め込み電極体４０ｂからなる。埋め込み電極体４０は本実施形態では、二つの埋め込み電極体４０ａおよび埋め込み電極体４０ｂを用いているが、１つの埋め込み電極体４０aのみまたは４０ｂのみであってもよい。
【００２９】
埋め込み電極体４０は、全体として三角平板状の形状をしている。埋め込み電極体４０は、三角平板状の先端部分に電極部４５を有している。電極部４５以外は絶縁膜で被覆されており、電極部４５以外の電位を測定しない構成となっている。電極部４５は、固体高分子膜１０と負極側拡散層２０ａとの間の電極電位を測定し、その部分以外の電極電位を測定することを防止するという意味等で、微少な部分であることが好適である。そのために電極部４５は、数十μｍ〜１００μｍオーダの大きさである。
【００３０】
埋め込み電極体４０に接続する電極電位を測定する電極電位測定センサとしての電位差計５０が設置されている。電位差計５０は本実施形態では、二つの電位差計５０ａおよび５０ｂを用いているが、１つの電位差計５０aのみまたは５０ｂのみであってもよい。電位差計５０の一端は埋め込み電極体４０に接続され、もう一端は、負極側セパレータ３０ａと正極側セパレータ３０ｂをつなぐ前記電気回路に接続される。前記電気回路は、回路中にグランド１３０を有している。このグランド１３０を、埋め込み電極体４０の電極電位を測定する基準となるグランド１３０として用いる。ここで埋め込み電極体４０の電極電位を測定する基準として、グランド１３０の代わりに固体高分子電解質膜１０に接続することも可能である。
【００３１】
埋め込み電極体４０を介して電位差計５０で測定するのは、燃料電池２００内の面内電流である。面内電流の測定原理を示す。埋め込み電極体４０の電極部４５で測定される電極電位は発電電流に影響される電極電位である電位差Ａおよび発電電流に影響されない電位差Ｂとの複合電極電位（電位差Ａ＋電位差Ｂ）である（図２）。ここでは、一定電流を発電させて外部負荷１１０へと取り出している。図２Ａおよび図２Ｂには電位差Ａおよび電位差Ｂを分離し、空気流量を変化させて電位差Ａおよび電位差Ｂの変化を観察した測定結果が示される。電位差Ａは燃料電池２００内のガス量（図２Ａ、図２Ｂでは空気流量）に影響されない電位差であり、電位差Ｂは燃料電池２００内のガス量に影響を受ける電位差である（図２Ｂ）。
【００３２】
電位差Ａは発電電流に依存し、同期する電位差である。すなわち電位差Ａは燃料電池２００の発電電流とその内部抵抗に基づく電位降下分（電位差）である。したがってスイッチ（ＳＷ）１３０によって燃料電池２００の発電電流が遮断されると電位差Ａは直ちに消失する。これに対して電位差Ｂは発電電流に影響されず、直ちには消失しない。これは電位差Ｂは、ガス濃度の分布に基づく負極拡散層を面内方向に流れる面内電流と、面内内部抵抗によって生じる電位降下分（電位差）を成分としていることによる。
【００３３】
面内電流の発生原理について説明する。１つの燃料電池２００内の一部分において、負極拡散層２０ａおよび／または正極拡散層２０ｂが水詰まり等によって局部的にガス流路が閉塞し、ガスが滞留している場合を考える。この滞留箇所では固体高分子膜１０の表面の触媒層へのガス供給が円滑に行われないこととなる。燃料電池の発電により、水が生成するのは固体高分子膜１０よりも正極側であり、特に正極拡散層２０ｂが水によって詰まりやすい。ガス供給が円滑に行われないと発電が阻害され、局部的に発電電圧が低下することになる。これに対し１つの燃料電池２００内の別の部分において、両極側拡散層のガス流路が閉塞しておらず、触媒層へのガス供給が円滑に行われている箇所では発電電圧が低下せず、発電電圧は高い。そうすると、発電電圧が全体で同程度の時は、電位平衡状態にあったものが、発電電圧の不平衡状態によって電位平衡が壊れることになる。電位平衡が壊れるとガス流路が閉塞しておらず発電電圧が高い箇所からガス流路が閉塞し発電電圧が低い箇所へその電位差に基づいて、負極側拡散層２０ａ表面および負極側の固体高分子膜触媒層表面を面内方向に流れる面内電流が流れることになる。したがって、この面内電流を検出すれば、この面内電流に基づいてガス流路閉塞等による燃料電池２００の局部的な発電低下の異常を検出することができる。
【００３４】
図３には、面内電流発生の等価回路が示される。燃料電池２００内において、ガス流路が閉塞しておらず発電電圧Ｖｇが高い通常発電箇所を示す局部電池１５０と、ガス流路が閉塞し、発電電圧Ｖｂが小さくなった局部電池１６０が正極側面内内部抵抗Ｒｃ、負極側面内内部抵抗Ｒａによって接続されている。（面内内部抵抗ＲａおよびＲｃは拡散層の内部抵抗、触媒層の内部抵抗、触媒層と拡散層の接触抵抗、触媒層と電解質層の接触抵抗等を合算した抵抗と考えられる。）局部電池１５０および局部電池１６０の発電電圧が等しく、電位平衡状態にある場合は、等価回路に電流は流れないが、発電電圧Ｖｇと発電電圧Ｖｂのように電位平衡が崩れた場合は面内電流Ｉが流れることとなる。この電流Ｉと負極側面内内部抵抗ＲａでＩ×Ｒａの電位差を生じることになる。したがって、この電位差を電極電位として測定し、この電位差を成分とする電位差Ｂの大きさがある程度の大きさになったら燃料電池２００に異常が生じていると判定することが出来る。電位差Ｂの他の成分は、１つの燃料電池２００内において、燃料電池２００のガス流入側に対して発電によってガス排出側でガス濃度が低下したことによる相違もあるが、これによって流れる電流量は一定であり、この電流量によって生じる電位差も一定であるので分離可能である。
【００３５】
「異常判定システム」
燃料電池システム１００は、コンピュータ６０を有している。コンピュータ６０は、燃料電池２００の異常を判定する異常判定システムの主構成要件である。また、燃料電池システム１００は、前記電気回路中にスイッチ１２０を有している。スイッチ１２０は、燃料電池２００の発電電流を遮断する遮断手段である。このスイッチ１２０を開閉して、燃料電池の発電電流を遮断するか、導通させるかを制御する。電極部４５で測定された電極電位は電位差計５０で計測されている。すなわち、埋め込み電極体４０とグランド１３０との間は埋め込み電極体４０は電極部４５を用いて燃料電池２００内の局部的な発電不平衡状態に基づく燃料電池２００内の面内電流の大きさを測定する。この面内電流の大きさを電位差計５０で測定する。この電位差計５０はコンピュータ６０へ接続され、電位差計５０で測定された電極電位データがコンピュータ６０へ送られる。電位差計５０の電極電位を読み込み、その電極電位に基づいてスイッチ１２０の開閉を制御する。燃料電池セルの状態に異常がないかを判断し、異常があれば燃料電池が異常であると判定する。
【００３６】
異常判定システムはコンピュータ６０を主要構成としている。コンピュータ６０はその内部のシステム構成として、定期的にスイッチ１２０に指示してスイッチ１２０を開閉し、そのスイッチ１２０の開閉と同期して発電電流を遮断する遮断指示手段を有している。また、コンピュータ６０は、電位差Ｂの大きさがある大きさになったら、燃料電池２００が異常であると異常判定する異常判定手段を有している。
【００３７】
異常判定は次のようにして判定される。図２に基づいて説明する。スイッチ１２０が閉じられ、発電電流を流している場合には約−０．０８０Ｖの電極電位が計測されている。遮断指示手段により、スイッチ１２０が閉められた状態から開かれた状態となり、燃料電池２００の発電を停止する。この停止と同時に埋め込み電極体４０に接続された電位差計５０で測定される電極電位データは発電に基づく電位差Ａが消失し、燃料電池の発電電流に影響されない電位差Ｂのみとなる。図２では、電位差Ａは約−０．０２０Ｖ、電位差Ｂは約−０．０６０Ｖとなる。このようにして電位差Ｂを取り出すことができる。ところで、この電位差Ｂは発電電流が停止すると燃料電池２００内のガス拡散とともに減少し、電位差が変動してしまう。したがって、スイッチ１２０を開いて、発電電流を遮断した直後の電位差を電位差Ｂとして検出する。この電位差Ｂがどのくらいになった場合に、燃料電池２００を異常と判定するかという予め求めておいたしきい値（例えば約−０．０５０Ｖ）が予め記憶されている。このしきい値と比較して、電位差Ｂがしきい値以上であれば燃料電池２００が異常であると判定する。なお、スイッチ１２０の遮断手段は必ずしも必要とされない。予め電位差Ａがどの程度（図２では約−０．０２０Ｖ）であるか、過去の運転状態によって求めておけば、発電電流が流れている状態であっても測定される電極電位から過去の運転状態によって求められた電位差Ａを減算することで電位差Ｂを算出することができ、この電位差Ｂに基づいて燃料電池２００の異常を判定することが可能であるからである。この場合のしきい値は、測定される部位で予めどの程度の電位差の大きさまでであれば、フラッディングが生じない、または、フラッディングが生じても問題がないかを決め、その電位差の大きさをしきい値（−０．０９０Ｖ）とする。このしきい値よりも負電位側に大きくなった場合は異常であると異常検出することができる。スイッチ１２０の遮断手段によって電位差Ａを正確に取り除き、電位差Ｂのみとすることが出来る。また、予め電位差Ａを求めておく必要がない。また、面内電流を電流計等で計測してその電流量の大きさによって異常を判定することも可能である。このような異常判定システムが組み込まれた燃料電池異常検出システムは、燃料電池内の局部的な異常を面内電流を計測することで早期に検出することができ、早期異常発見して、早期に異常回復の措置をとることができる。
【００３８】
「燃料電池異常回復システム」
図４には、燃料電池異常回復システム３００が示される。燃料電池異常回復システム３００は、図１の燃料電池異常検出システム１００を利用した水詰まりについての異常回復システムである。セルモジュール２５０は、燃料電池２００を単一の燃料電池セルとして、燃料電池２００のセパレータを介して複数直列接続することで作製される。各燃料電池２００ごとに、水素ガスおよび空気（酸素ガス）が個別に供給される。水素ガスは、水素タンク９２からの水素ガスが水素タンクもとの水素調量バルブ９０で一律に調量されて各燃料電池セルに供給される。空気は大気が空気ポンプ８２で圧縮され、各燃料電池２００に送られる。各燃料電池２００毎に空気調量バルブ８０を有している。各空気調量バルブ８０は、コンピュータ６０の指示に基づいて、指示された空気量を各燃料電池２００に供給できるようにコンピュータ６０と接続されている。このようにして各燃料電池２００にそれぞれ異なった空気量を供給できる。
【００３９】
埋め込み電極体４０の電極電位を測定する電位差計５０とコンピュータ６０が電気通信線を介して接続されている。コンピュータ６０は測定された電極電位データに基づき、複数の燃料電池２００の各燃料電池２００について、異常がないかを判断し、異常があれば燃料電池が異常であると判定する。コンピュータ６０は、異常が生じた燃料電池２００に接続された空気調量バルブ８０に指示を出し、供給される空気量を増大させることで水詰まりを解消させ、異常が生じた燃料電池２００の異常状態を回復させる。本実施形態では空気調量バルブ８０で調量したが、特定セルにのみ空気を送るなどの流路切り替えによる異常回復態様も採用できる。また、水詰まり以外の異常に対してはそれぞれ適切な異常回復態様を採用すればよい。このような燃料電池異常回復システム３００は、燃料電池の異常を早期発見して、早期に異常回復措置をとることができ、より確実な燃料電池の運転状況の確保をすることができる。例えば、上述の電位差のしきい値を−０．０９０Ｖとした場合には、この電位差まではガス流量を変化させる必要がない。しかし、−０．０９０Ｖよりも負電位側にシフトした場合には、ガス流量を瞬間的に増量させること（例えば、フラッディングを防止し、水詰まりを解消できる空気流量を１Ｌ／ｍｉｎ以上とする。）でフラッディングを起こす傾向にある部位の水詰まり除去操作を行う等の予備的対策が可能となる。
【００４０】
なお、水詰まり等によるガス閉塞だけでなく、燃料電池２００内の局部電池の発電不平衡状態が生じる異常であれば本実施形態を適用することが出来る。例えば、燃料電池２００内の固体高分子膜１０の局部的な破壊、ゴミによる拡散層の目詰まり等による発電不平衡状態が生じれば面内電流が発生するからである。
【００４１】
「埋め込み電極体（面内電流測定電極）」
［製造方法］  埋め込み電極体４０は、次のようにして製造される。導電性部材であるステンレス（ＳＵＳ３１６）電極板にポリパラキシレン絶縁膜を蒸着法で全体被覆する。全体被覆後、電極部４５となる箇所のポリパラキシレン絶縁膜を剥がし、ステンレス電極板を露出させて製造する。また、この埋め込み電極体４０は、電位差計５０と電気接続されるための導線が接続される。埋め込み電極体４０は、導線が接続される配線引き出し部の絶縁膜も除去されている。前記電極板は種々の形状が考えられるが、ワイア状や金属薄状のものであると好適である。絶縁膜は、絶縁作用がある膜であればよいが、ポリイミド、テフロン（登録商標）であると好適である。絶縁膜の剥離方法、被覆方法は一般的なものを代わりに用いることが出来る。被覆方法では蒸着法等が好適である。
【００４２】
埋め込み電極体４０を固体高分子膜１０と負極側拡散層２０ａと接着するには、固体高分子膜１０あるいは、埋め込み電極体４０自体の絶縁皮膜であるポリパラキシレン絶縁皮膜あるいは固体高分子膜を熱溶融（例えば温度１８０℃）させることにより行う。
【００４３】
［位置］  埋め込み電極体４０の燃料電池２００内の埋め込み位置は、両極側セパレータと電解質層１０との間であれば他の配置可能である。電解質層１０よりも負極側であれば負極側セパレータ３０ａと負極側拡散層２０ａとの間も可能である。また、電解質層１０よりも正極側でも可能であり、正極側セパレータ３０ｂと負極側拡散層２０ｂとの間、負極側拡散層２０ｂと電解質層１０との間でも可能である。負極側セパレータ３０ａと電解質層１０との間であると好適であり、電解質層１０と負極側拡散層２０ａとの間であるとさらに好適である。設ける位置はガス滞留を生じやすい部位、例えば屈曲したガス流路溝の滞留箇所であると好適である。電位差計５０は、二つの埋め込み電極体４０ａおよび埋め込み電極体４０ｂのそれぞれの電極電位を測定する電位差計５０ａおよび電位差計５０ｂからなる。
【００４４】
［数量］  埋め込み電極体４０は、単一であってもよく、複数設けてもよい。複数設けると、セル内の複数の電極電位を測定でき、異常の早期発見に好適である。また、正極側セパレータ３０ｂと負極側拡散層２０ｂとの間と負極側拡散層２０ｂと電解質層１０との間など積層方向に相違する箇所に配置することも可能である。
【００４５】
「セパレータ」
燃料電池２００の外側に配置された負極側セパレータ３０ａおよび正極側セパレータ３０ｂの両極側セパレータ３０は、それぞれ外部ガス源（主に空気）からポンプで圧送されて燃料電池２００に供給される酸素ガスを流すガス流路溝３２ａおよび外部ガス源（主に）から燃料電池２００に供給される水素ガスのガス流路溝３２ｂをガス流路溝３２として有している。このガス流路溝３２ａとガス流路溝３２ｂとの相互に形成されたガス流路溝について、ガス流路溝３２ａに対してガス流路溝３２ｂが平行であるか直交であるかによって供給されるガスの流れが平行流および対向流か直交流か決められる。さらに平行流は、供給されるガスがガス流路溝３２ａとガス流路溝３２ｂと平行であるか対向であるかによって、平行流と対交流に分類される。その他、ガス流路溝の形成方法としては、サーペンタイン型のガス流路溝の形成方法がある。
【００４６】
「拡散層」
白金触媒層が塗布された固体高分子電解質膜１０を挟持した負極側拡散層２０ａおよび正極側拡散層２０ｂ、すなわち、両極側拡散層２０は、水素ガスおよび酸素ガスの供給ガスを拡散させて、触媒層表面に供給する。例えばカーボンペーパ、カーボンクロス等の多孔質で出来た炭素質の拡散層が好適である。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
固体高分子型、リン酸型、溶融炭酸塩型、固体酸化物型等の燃料電池、燃料電池異常検出システム、燃料電池異常検出方法一般に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本実施形態に係る燃料電池システムである。
【図２】本実施形態に係る測定電極電位の説明図である。
【図２Ａ】本実施形態に係る測定電極電位の説明図である。
【図２Ｂ】本実施形態に係る測定電極電位の説明図である。
【図３】面内電流を説明する等価回路の模式図である。
【図４】本実施形態に係る燃料電池異常回復システムである。
【符号の説明】
【００４９】
１０  電解質層、２０  拡散層、３０  セパレータ、４０  電極体、５０  電位差計、６０  コンピュータ、８０，９０  ガス調量バルブ、１００  燃料電池異常検出システム、１１０  負荷、１２０  スイッチ、１３０  グランド、１５０，１６０  局部電池、２００  燃料電池、３００  燃料電池異常回復システム。
【図１】
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【図２】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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